Tarpžvaigždinis. Mokslo užkulisiuose“– knyga tiems, kurie nepatenkinti filmu

2024 Autorius: Malcolm Clapton | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 04:04

„Lifehacker“publikuoja ištrauką iš amerikiečių fiziko teorinio, filmo „Tarpžvaigždinė“idėjos autoriaus Kipo Thorne'o knygos. Į paveikslo siužetą įpinta daugybė šiuolaikinių fizinių teorijų ir idėjų, kurių paaiškinimas dažniausiai pasirodė užkulisiuose. Todėl esame tikri, kad knyga patiks ir kino gerbėjams, ir besidomintiems fizika.

Tarpžvaigždinis skrydis

Pirmajame susitikime profesorius Brandas pasakoja Cooperiui apie Lozoriaus ekspedicijas, skirtas rasti žmonijai naujus namus. Cooperis atsako: „Saulės sistemoje nėra tinkamų gyventi planetų, o artimiausia žvaigždė yra už tūkstančio metų. Tai, švelniai tariant, beprasmiška. Tai kur tu juos siuntei, profesoriau? Kodėl tai beprasmiška (jei po ranka nėra kirmgraužos), aišku, jei pagalvoji, kokie dideli atstumai iki artimiausių žvaigždžių.

Atstumai iki artimiausių žvaigždžių

Artimiausia (neskaičiuojant Saulės) žvaigždė, kurios sistemoje galima rasti gyvybei tinkamą planetą, yra Tau Ceti. Jis yra 11,9 šviesmečio nuo Žemės; y., keliaujant šviesos greičiu, jį bus galima pasiekti po 11, 9 metų. Teoriškai gali būti tinkamų gyvybei planetų, kurios yra arčiau mūsų, bet ne tiek.

Norėdami įvertinti, kiek Tau Ceti yra toli nuo mūsų, pasitelkime daug mažesnio masto analogiją. Įsivaizduokite, kad toks atstumas nuo Niujorko iki Perto Australijoje – maždaug pusė žemės perimetro. Arčiausiai mūsų esanti žvaigždė (vėlgi neskaičiuojant Saulės) yra Kentauro Proksima, esanti 4, 24 šviesmečių atstumu nuo Žemės, tačiau nėra įrodymų, kad šalia jos gali būti tinkamų gyventi planetų. Jei atstumas iki Tau Ceti yra Niujorkas – Pertas, tai atstumas iki Proxima Centauri yra Niujorkas – Berlynas. Šiek tiek arčiau nei Tau Ceti! Iš visų nepilotuojamų erdvėlaivių, žmonių paleistų į tarpžvaigždinę erdvę, toliausiai pasiekė Voyager 1, kuris dabar yra 18 šviesvalandžių nuo Žemės. Jo kelionė truko 37 metus. Jei atstumas iki Tau Ceti yra atstumas nuo Niujorko iki Perto, tai atstumas nuo Žemės iki Voyager 1 yra tik trys kilometrai: nuo Empire State Building iki pietinio Grinvič Vilidžo krašto. Tai daug mažiau nei iš Niujorko į Pertą.

Jis dar arčiau Saturno nuo Žemės – 200 metrų, du kvartalai nuo Empire State Building iki Park Avenue. Nuo Žemės iki Marso – 20 metrų, o nuo Žemės iki Mėnulio (didžiausias atstumas, kurį iki šiol nukeliavo žmonės) – tik septyni centimetrai! Palyginkite septynis centimetrus su kelione aplink pasaulį! Ar dabar suprantate, koks turi įvykti technologijų šuolis, kad žmonija galėtų užkariauti planetas už Saulės sistemos ribų?

Skrydžio greitis XXI amžiuje

„Voyager 1“(pagreitintas gravitaciniais stropais aplink Jupiterį ir Saturną) tolsta nuo Saulės sistemos 17 kilometrų per sekundę greičiu. Tarpžvaigždinėje erdvėje „Endurance“erdvėlaivis iš Žemės į Saturną nukeliauja per dvejus metus, vidutiniu maždaug 20 kilometrų per sekundę greičiu. Didžiausias greitis, kurį galima pasiekti XXI amžiuje, naudojant raketų variklius kartu su gravitaciniais timpais, mano nuomone, bus apie 300 kilometrų per sekundę. Jei į Proxima Centauri keliausime 300 kilometrų per sekundę greičiu, skrydis truks 5000 metų, o skrydis į Tau Ceti – 13000 metų. Kažkas per ilgas. Norint greičiau pasiekti tokį atstumą su XXI amžiaus technologijomis, reikia kažko panašaus į kirmgraužą.

Tolimos ateities technologijos

Įkyrūs mokslininkai ir inžinieriai įdėjo daug pastangų, kad sukurtų ateities technologijų, kurios paverstų beveik lengvą skrydį realybe, principus. Internete rasite pakankamai informacijos apie tokius projektus. Bet bijau, kad prireiks daugiau nei šimto metų, kol žmonės galės juos atgaivinti. Tačiau, mano nuomone, jie įtikina, kad itin išsivysčiusioms civilizacijoms kelionės dešimtadaliu šviesos greičio ir didesniu greičiu yra visiškai įmanomos.

Čia yra trys beveik lengvos kelionės galimybės, kurios man atrodo ypač įdomios*.

Termobranduolinė sintezė

Fusion yra populiariausias iš šių trijų variantų. Valdoma termobranduolinės sintezės pagrindu veikiančių elektrinių kūrimo tyrimų ir plėtros darbai pradėti 1950 m., o šie projektai visa sėkme vainikuos tik 2050 m. Mokslinių tyrimų ir plėtros šimtmetis!

Tai kažką sako apie sudėtingumo mastą. Tegul termobranduolinės elektrinės Žemėje atsiras iki 2050 m., bet ką galima pasakyti apie skrydžius į kosmosą naudojant termobranduolinę trauką? Sėkmingiausių konstrukcijų varikliai galės užtikrinti apie 100 kilometrų per sekundę greitį, o iki šio amžiaus pabaigos, tikėtina, iki 300 kilometrų per sekundę. Tačiau beveik šviesos greičiui reikės visiškai naujo termobranduolinių reakcijų naudojimo principo. Termobranduolinės sintezės galimybes galima įvertinti naudojant paprastus skaičiavimus. Kai du deuterio (sunkiojo vandenilio) atomai susilieja, sudarydami helio atomą, maždaug 0,0064 jų masės (apytiksliai suapvalinus vieną procentą) paverčiama energija. Jei konvertuosite jį į helio atomo kinetinę energiją (judesio energiją), atomas įgis dešimtadalį šviesos greičio **.

Todėl jei visą energiją, gautą susiliejus branduoliniam kurui (deuterio) sugebėsime paversti kryptingu erdvėlaivio judėjimu, tuomet pasieksime maždaug c/10 greitį, o jei būsime protingi – net šiek tiek didesnį. 1968 m. Freemanas Dysonas, puikus fizikas, aprašė ir ištyrė primityvų branduolių sintezės varomą erdvėlaivį, kuris pakankamai išsivysčiusios civilizacijos rankose gali užtikrinti tokio dydžio greitį. Termobranduolinės bombos („vandenilinės“bombos) sprogsta iškart už pusrutulio formos amortizatoriaus, kurio skersmuo siekia 20 kilometrų. Sprogimai stumia laivą į priekį, pagreitindami jį, remiantis drąsiausiais Dysono skaičiavimais, iki trisdešimtosios šviesos greičio. Pažangesnis dizainas gali turėti daugiau galimybių. 1968 metais Dysonas priėjo prie išvados, kad tokio tipo variklį bus galima naudoti ne anksčiau kaip XXII amžiaus pabaigoje, po 150 metų. Manau, kad šis vertinimas pernelyg optimistiškas.

[…]

Kad ir kaip atrodytų patrauklios visos šios ateities technologijos, žodis „ateitis“čia yra pagrindinis. Naudodami XXI amžiaus technologijas negalime pasiekti kitų žvaigždžių sistemų greičiau nei per tūkstančius metų. Mūsų vienintelė vaiduokliška viltis tarpžvaigždiniam skrydžiui yra kirmgrauža, kaip tarpžvaigždiniame, arba kokia nors kita ekstremali erdvės ir laiko kreivumo forma.